Det kuleste som finnes i verdensrommet er sorte hull, områder i rommet som er så massive at ikke en gang lys kan unnslippe.
Sorte hull ble forutsagt av Einsteins generelle relativitetsteori og er i dag observert i hopetall.
Jeg snakker med professor Øyvind Grøn, ekspert på kosmologi, om
Link til bok om sorte hull som anbefales i podcasten:
Øyvind har vært gjest i Vett og vitenskap to ganger før. I podcast #26 og podcast #27 snakket vi om Einsteins relativitetsteorier og resten av fysikken hans.
Podcasten ble spilt inn 16. september 2021 og varer 1 time og 20 minutter.
PS! I podcasten sier jeg at avstanden til månen er 36.000 km. Det er feil. Avstanden er omtrent 380.000 km, uten at denne feilen har noe å si for argumentene i podcasten.
8 replies on “#46: Om sorte hull – med Øyvind Grøn”
I Podcast #46 om sorte hull.
00:17 ut i podkasten blir det sagt at “de fysiske virkningene av å være i et tyngdefelt her på jordoverflaten eller å være i en akselerert rakett, de er helt ekvivalente.
Hvis du er i en sånn rakett og gjør masse eksperimenter for å prøve å finne ut om jeg er i en rakett eller sitter jeg i ro på jordoverflaten, med alle vinduer igjen, da kan en ikke finne det ut.”
Jeg mener at det er mulig å lage et instrument som forteller om man er på jorden eller i en rakett som akselererer.
Svaret mitt er at på Jorden har vi tidevannskrefter men det har vi ikke pga en akselerasjon i rommet.
Kanskje kan instrumentet lages av eks. to kuler med lik masse.
De to henger i hver sin snor, men den ene kula er nærmere gulvet.
På Jorden vil den kula som henger nærmest gulvet, veie mer en den andre.
I en rakett som akselererer vil de veie likt!
Ønsker gjerne en kommentar!
Hei Finn!
Du har helt rett. I kurset jeg hadde i relativitetsteori pleide jeg å presisere at ekvivalensprinsippet bare har en lokal gyldighet, men det glemte jeg å nevne i podkasten. Ekvivalensen mellom et tyngdefelt som vi opplever her på jordoverflaten, og tyngden vi opplever i en akselerert rakett, gjelder bare dersom utstrekningen i tid og rom av vårt eksperimentelle oppsett, er så liten at vi ikke kan måle tidevannskrefter.
Beste hilsen
Øyvind
Hei.Selv om dette er en super vanskelig tema for oss som ikke kan astrofysikk, er professor utrulig lett å forstå. Jeg skal høre mer podkast med han om Einstein!
Kan du tenke deg en podkast om Web teleskopet, kanskje senere når vi ser mer bilder etterhvert?
Takk for det. Og ja, en podcast om James Webb teleskopet er på vei 🙂
Hei Gaute
Må si at jeg virkelig digger dine vitenskapelig orienterte podcaster. Du tar opp temaene på en grundig og samtidig populær vitenskapelig måte som gjør det lett å forstå for oss som ikke er såååå særlig velstuderte innafor fagfeltet astrofysikk. Jeg er kun en enkel ingeniør på godt over 50 år med utdanning i marinteknikk .
Jeg har med stor interesse hørt på dine episoder med Øivind Grøn om Einstein og sorte hull. Særlig ble jeg fascinert av sorte hull etter å ha hørt episoden med Øyvind Grøn sikkert over 20 ganger for å forstå og tenke over hva han egentlig sier. I den forbindelse dukker det opp noen spørsmål som var litt uklart for meg.
Entropi i et sort hull beregnes av forholdet mellom Planck radien og…..? Det snakkes om å dekke Planck radien med Planck kvadrerte/kvadratiske fliser, men dere spesifiserer ikke om det er gapet mellom flisene som representerer entropien i forhold til kuleradien på Planck radien, eller om det er forholdet mellom Schwartschild radien og Planck radiens “flise areale” som utgjør entropien. Øyvind Grøn refererer bare til “overflaten” i episoden. Hva med entropien innafor Planck radien hvis det er forholdet mellom Planck kulen og Scwartchild kulen som representerer entropien? Har forsøkt å google dette men finner ikke noe meningsfull info på det store internettet Kan du være så snill å oppklare dette for meg?
Så lurer jeg på om sorte hull kan vokse i fysisk størrelse, altså om Schwartschild radien øker etterhvert som hullet sluker masse når romelven drar med seg objekter og masse, omtrent som isgangen i Lågen om våren drar med seg masse ut til havet….(hva heter forresten rom-elven på faglig engelsk?) Med økt masse vil det jo bli økt gravitasjon og økt tetthet i hullet og vil ikke det da medføre at Schwartschild radien blir noenlunde konstant pga at tettheten og gravitasjonen øker pga den slukte massen? At hullet derfor ikke klarer å øke sin fysiske radie? Da vil det jo bare være den opprinnelige stjernens masse som bestemmer størrelsen på Schwartschild radien….? Blir dette helt feil tankegang eller? Den ultimate massen et sort hull kan sluke må jo være et annet sort hull. Jeg så en episode på TED med prof. Janna Levin, hvor hun viste til at de hadde observert nettopp dette. Økte det i diameter og masse eller kun i masse/tetthet?
Så lurer jeg på om sorte hull har lik gravitasjon overalt? Jeg tenker at siden de roterer i et plan vil vel gravitasjonskreftene være svakere rundt planet enn rundt “polene” pga rotasjonen og sentripetalkreftene? Har sorte hull poler og et rotasjonsplan? Vil romelven “falle likt inn” i det sorte hullet fra alle retninger eller vil den falle fortere/mer inn ved polene?
Det nevnes også at man til dels kjenner fysikken innefor Scwartschild radien men ikke innafor Planck radien. Hva er det som bestemmer massenes fart, bevegelse, entropi, eksitasjon osv innafor Scwartschildradien. Hvordan kan vi vite det, når informasjonen forsvinner når den går forbi horisonten i det sorte hullet?
Hvilke vitenskapelige teorier gjelder der?
Gjelder det de samme betingelsene for bortenfor verdensrommets observerbare horisont? Kjenner vi fysikken der? Er Romelvens egenskaper de samme der bortenfor horisonten som her vi befinner oss? F.eks er G=9.8ms² der også?
Mange spørsmål og noen er kanskje lettere å oppklare enn andre.
Har du tanker om oppfølgingsepisoder med Øyvind Grøn eller noen andre om dette tema. Jeg synes han er superflink til å formidle og liker når folk er engasjerte og entusiastiske.
Jeg ville elsket å høre mer om temaet. Håper jeg har klart å formulere meg noenlunde forståelig og at du har anledning å oppklare disse “mysteriene” for meg.
Har du noe pålitelige linker om temaene og spørsmålene på det store internettet leser jeg gjerne om det.
På forhånd takk
Hilsen Tor
PS boken av Kip Thorne er bestilt.
Gleder meg til å få den i posten 👍
Hei Tor!
Her er svar på spørsmålene dine.
Beste hilsen
Øyvind
Entropi i et sort hull beregnes av forholdet mellom Planck radien og…..? Det snakkes om å dekke Planck radien med Planck kvadrerte/kvadratiske fliser, men dere spesifiserer ikke om det er gapet mellom flisene som representerer entropien i forhold til kuleradien på Planck radien, eller om det er forholdet mellom Schwartschild radien og Planck radiens “flise areale” som utgjør entropien.
Svar: Det siste er det korrekte. Hvis vi tenker oss at en Planckflis representerer en entropienhet, så er entropien til et svart hull lik antall Planckfliser det er plass til på horisonten av det svarte hullet.
Øyvind Grøn refererer bare til “overflaten” i episoden. Hva med entropien innafor Planck radien hvis det er forholdet mellom Planck kulen og Scwartchild kulen som representerer entropien? Har forsøkt å google dette men finner ikke noe meningsfull info på det store internettet Kan du være så snill å oppklare dette for meg?
Svar: I et hologram avbildes et 3-dimensjonalt objekt på en flate. Når det gjelder entropien til et svart hull har man et ‘holografisk prinsipp’ som sier at entropien til et svart hull (inni et svart hull) kan representeres ved antall Planckfliser på en flate, nemlig den kuleflaten som regnes som ‘overflaten’ av det svarte hullet, og som er en horisont, siden vi ikke kan se objekter innenfor denne flaten.
Så lurer jeg på om sorte hull kan vokse i fysisk størrelse, altså om Schwarzschild radien øker etterhvert som hullet sluker masse når romelven drar med seg objekter og masse, omtrent som isgangen i Lågen om våren drar med seg masse ut til havet….(hva heter forresten rom-elven på faglig engelsk? Svar: The river of space) Med økt masse vil det jo bli økt gravitasjon og økt tetthet i hullet og vil ikke det da medføre at Schwartschild radien blir noenlunde konstant pga at tettheten og gravitasjonen øker pga den slukte massen? At hullet derfor ikke klarer å øke sin fysiske radie? Da vil det jo bare være den opprinnelige stjernens masse som bestemmer størrelsen på Schwartschild radien….? Blir dette helt feil tankegang eller?
Svar: Radien til er svart hull, kalt Schwarzschildradien, er R = 2GM/c^2, der G er Newtons gravitasjonskonstant, M er massen til det svarte hullet og c er lyshastigheten. Dette forteller oss at radien til et svart hull er proporsjonal med dets masse. Når massen dobles, så dobles også radien.
Den ultimate massen et sort hull kan sluke må jo være et annet sort hull. Jeg så en episode på TED med prof. Janna Levin, hvor hun viste til at de hadde observert nettopp dette. Økte det i diameter og masse eller kun i masse/tetthet?
Svar: Det er et teorem i teorien for svarte hull som sier at når vi ser bort fra kvantemekaniske effekter som forårsaker Hawkingstråling, så øker radien av et svart hull ved alle prosesser, for eksempel når to svarte hull kolliderer og smelter sammen. Dette er analogt med termodynamikkens andre lov som sier at universets entropi ikke kan avta, og kalles derfor de svarte hullenes andre lov.
Så lurer jeg på om sorte hull har lik gravitasjon overalt? Jeg tenker at siden de roterer i et plan vil vel gravitasjonskreftene være svakere rundt planet enn rundt “polene” pga rotasjonen og sentripetalkreftene? Har sorte hull poler og et rotasjonsplan? Vil romelven “falle likt inn” i det sorte hullet fra alle retninger eller vil den falle fortere/mer inn ved polene?
Svar: Det er riktig det du her har tenkt ut om roterende svarte hull, såkalte Kerr svarte hull. De har poler og et ekvatorplan med litt større tyngdeakselerasjon ved polene enn ved ekvator. Romelven faller likt inn i alle retninger bare for et ikke-roterende svart hull (Schwarzschild svart hull). Ved et roterende svart hull kommer den trege draeffekten inn i bildet. Det er at et roterende legeme drar med seg rommet lite grann i samme retning som legemet roterer. Det er vanligvis en veldig svak effekt. For eksempel roterer jorda en gang på 24 timer, mens rommet ved jordas overflate bruker 30 millioner år på en runde. Men effekter er faktisk observert. Ved overflaten av et roterende svart hull kan dette være en betydelig effekt. Roelven vil da renne i spiralformet bane inn mot det svarte hullet. Effekten er størst ved ekvator og avtar mot null ved polene.
Det nevnes også at man til dels kjenner fysikken innefor Scwartschild radien men ikke innafor Planck radien. Hva er det som bestemmer massenes fart, bevegelse, entropi, eksitasjon osv innafor Scwartschildradien. Hvordan kan vi vite det, når informasjonen forsvinner når den går forbi horisonten i det sorte hullet?
Svar: Kunnskapene om dette kommer fra teoretiske beregninger i sort hull løsningene av likningene i Einsteins relativitetsteori.
Hvilke vitenskapelige teorier gjelder der?
Svar: Ifølge Einsteins relativitetsteori faller all masse innenfor horisonten av et svart hull mot sentrum. Hva som skjer i sentrum vet vi ikke. Grensen for gyldighetsområdet til Einsteins relativitetsteori går ved Planckradien (og Plancktiden). Trolig trenger vi en kvantegravitasjonsteori for å beskrive forholdene innenfor en Planckradius fra sentrum av et svart hull.
Gjelder det de samme betingelsene for bortenfor verdensrommets observerbare horisont?
Svar: Nei, de gjelder for vår manglende mulighet til å beskrive hvordan universet startet. Utenfor universets kosmiske horisont i forhold til en observatør renner romelven med overlyshastighet. Det innebærer at lys ikke kan komme til observatøren fra kilder i dette fjerne området. Det er derfor ikke synlig for observatøren, og det er analogt til at vi ikke kan se objekter innenfor horisonten til et svart hull der romelven renner med overlyshastighet mot sentrum. Her er det verdt å merke seg at relativitetsteorien tillater overlyshastighet for romelven, men begrenser all bevegelse gjennom rommet til å skje med lyshastighet eller mindre hastighet.
Kjenner vi fysikken der? Er Romelvens egenskaper de samme der bortenfor horisonten som her vi befinner oss? F.eks er G=9.8ms² der også?
Svar: Ja, vi tror at universet er homogent, det vil si ensartet på stor skala (en milliard lysår eller større). Så forholdene er de samme i fjerne områder utenfor horisonten til en observatør som i observatørens posisjon.
Hei Øyvind (og Gaute)
Nå ble jeg altså hoppende glad for at du tok deg tid til å svare på mine mer eller mindre velfunderte spørsmål.
Har bestilt boken til Kip Thorne og gleder meg virkelig til å lese den.
R=2GmC² ga meg umiddelbart forståelse for svaret om Scwhartschild radien. Du sa det jo også i podcasten, men jeg la ikke merke til det før nå etterpå.
Når det gjelder roterende sorte hull gravitasjon og treg-dra effekten. Vil man kunne se/beregne polenes lokasjon ved å observere at lyset rett utenfor Schwartschild radien har en oval form hvor den ser flatere ut på polene enn på midten/i rotasjonsplanet pga avbøyning av lyset?
Det var også veldig oppklarende at G=9.8m/s² utenfor den observerbare horisonten av rommet og at det kun er romelvens overlyshastighet som gjør at vi ikke ser bortenfor horisonten.
Jeg har så mange spørsmål om dette temaet at jeg føler at jeg egentlig burde begynnt å studere igjen….
Håper du vil lage en oppfølgings episode om dette temaet. Det ville gledet meg enormt. Du har en utrolig god formidlingsevne og jeg liker godt det ivrige og positive engasjementet ditt
Tusen Takk
Mvh Tor